20世紀復合材料在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應用，應用領域涉及航空航天、汽車、海洋工程甚至超導工程等領域。自20世紀70年代起，國內(nèi)外針對復合材料的制造和應用開展了全方位的無損檢測技術研究。復合材料的超聲檢測在早期主要采用穿透法，由于其精度較低，且難以分辨缺陷性質和對缺陷進行深度定位，在對精度要求不高的情況下，可用于板材的粗檢，后來逐漸被脈沖回波法所取代。脈沖回波法用于復合材料檢測時通常為C掃描顯示檢測，由于C掃描檢測系統(tǒng)比較復雜且成本高，因此并未在復合材料檢測中得到廣泛應用。
近年來，相控陣技術得到了很大的發(fā)展，并廣泛應用于工業(yè)無損檢測領域。目前，GE公司推出了便攜式相控陣探傷儀PhasorXS，使相控陣檢測技術在無損檢測中得到很大的推廣，已在航空復合材料的檢測、氣輪機葉片(根部)、渦輪圓盤的檢測、石油天然氣管道焊縫檢測、火車輪軸檢測、核電站檢測等領域得到廣泛運用。下文將重點介紹便攜式相控陣探傷儀在復合材料檢測中的應用特點及便攜式相控陣探傷儀在復合材料檢測中的應用實例。 便攜式相控陣探傷儀
1 便攜式相控陣探傷儀的特點便攜式相控陣探傷儀跟傳統(tǒng)超聲探傷儀相比，主要有以下幾方面特點:
(1)通過圖像的形式直觀地顯示缺陷，且圖像對缺陷的顯示分辨率和靈敏度都非常高，而傳統(tǒng)探傷儀都是通過A掃描波形顯示缺陷。
(2)可以調節(jié)聲束焦點，從而調整各個區(qū)域的檢測靈敏度。
(3)超聲聲束折射后為扇形區(qū)域，并且范圍可根據(jù)需要調整（如35°～75），而傳統(tǒng)的超聲探頭聲束折射角都是固定的。
2 便攜式相控陣探傷儀顯示方式
相控陣探傷儀的顯示方式與傳統(tǒng)超聲探傷儀的顯示方式相比，主要特點是能通過圖像的形式直觀地顯示缺陷，而不像傳統(tǒng)超聲探傷儀只能顯示A掃描波形。相控陣探傷儀的顯示方式主要有扇形、B掃描等。
相控探傷儀性能測試試塊
扇形掃描顯示主要是將各個角度的超聲信號以圖像的形式同時顯示出來，如圖2所示，該圖為探頭在試塊位置處所得的扇形掃描圖像，顯示范圍為2條直線所覆蓋的扇形區(qū)域，它顯示了40°～70°范圍內(nèi)的折射聲束，實質上是將40°～70°范圍內(nèi)的A掃描波形以顏色的形式顯示出來，形成一幅圖像。
相控陣探傷儀將A掃描波形的幅度用顏色條對其量化，如右側的顏色條所示，波形幅度為0°時，則用深藍色示：波形幅度為100%時，則用紅色表示，不同幅度都對應了一種顏色，這樣就能夠將A掃描波形通過顏色的形式表示出來。圖像中的斜線表示的是42°折射角對應的聲束，該斜線的角度可調，且對應的角度顯示在圖像的右上角，其對應的A掃描波形也能在圖像左側相應的顯示出來。在該圖像中顯示了區(qū)域范圍內(nèi)的12個φ1橫通孔，其中9個為相鄰分布間距為2mm的橫通孔，在圖像中能清晰的區(qū)分8個橫通孔，另一個橫通孔不能清晰顯示出來主要是因為有2個橫通孔在同一聲軸線上。另外圖像中也清晰地顯示了3個垂直分布間距為1mm的φ1橫通孔，從該圖中可以看出相控陣探傷儀能夠將缺陷非常直觀的顯示出來，并且對缺陷具有很高的靈敏度和分辨率。
B掃描圖像以工件的水平位置為X軸，以工件的深度為Y軸，將各深度位置處回波幅度以顏色的形式顯示出來，B掃描圖像為相控陣直探頭在試塊區(qū)域得到的φ2平底孔圖像，平底孔距底面的距離分別為4mm、6mm、8mm 和10mm。
便攜式相控陣探傷儀在復合材料檢測中的應用
相控陣探傷儀探頭由多晶片組成，通過電子方式控制各晶片觸發(fā)時間從而控制聲束的焦點和入射角度，因此，該儀器用于復合材料檢測時對缺陷有很高的靈敏度和分辨率，且效率非常高，在這里將分別介紹直探頭和斜探頭的應用實例。
1 T型復合材料檢測
T型復合材料工件常見的缺陷是由于T型膠接不完全而影響該工件的性能。對該工件應用64晶片相控陣直探頭，儀器虛擬探頭設置為16晶片，電子掃描步距為1。通過水浸法或直接接觸法對該工件進行檢測，檢測結果顯示，如果T型部位粘接合格，試塊區(qū)域將無回波圖像顯示，反之如果T型部位粘接不合格，將在T型粘接部位產(chǎn)生反射回波，可見，通過便攜式相控陣探傷儀可以高效準確地判斷該復合材料工件是否合格。
2 飛機蒙皮粘接層檢測
飛機蒙皮粘接質量嚴重影響飛機的飛行**，因此對其進行**檢測至關重要。飛機蒙皮結構中，中上蒙皮與下蒙皮通過膠接粘接在一起，在粘接層位置通常有密封層，而在該位置處常發(fā)生缺陷。對飛機蒙皮粘接層的檢測選用32晶片相控陣斜探頭，儀器虛擬探頭設置為16晶片，電子掃描步距為1。圖4為飛機蒙皮檢測結果，*后經(jīng)確定檢測結果顯示的圖像為疲勞裂紋。
飛機蒙皮疲勞裂紋的檢測實例
結束語
相控陣探傷儀能夠通過圖像的形式直觀地顯示缺陷，并通過線性B掃描圖或扇形圖顯示一定區(qū)域范圍內(nèi)的缺陷，有利于對缺陷的評判。從應用效果來看，應用便攜式相控陣探傷儀檢測復合材料能極大地提高檢測效率，提高檢測準確性，節(jié)省檢測成本。 （責編微涼）
